Способ отопления помещений многоэтажных зданий и устройство, его реализующее

 

Изобретение относится к использованию тепловой энергии для отопления зданий, в частности к насосным однотрубным системам отопления помещений многоэтажных зданий с водой в качестве теплоносителя. Способ основан на возможности измерения температур в помещениях здания и попеременного изменения направления циркуляции горячей воды в системе отопления в зависимости от разности температуры на этажах, что обеспечивает выравнивание температуры горячей воды по стоякам и нагревательным приборам и, соответственно, воздуха в помещениях многоэтажного здания. Устройство отопления помещений многоэтажных зданий содержит соединенные трубопроводом источник тепла, задвижку, параллельно соединенных стояков отопления, каждый из которых включает последовательно соединенных нагревательных приборов, установленных на n этажах здания, обратный трубопровод, который по выходу подключен к входу источника тепла через задвижку, причем r стояков по входу подключены к прямому трубопроводу через задвижку, а по выходу - к обратному трубопроводу, дополнительно включены датчик, установленный в помещении на первом этаже здания, и датчик, установленный в помещении на N-м этаже здания, последовательно соединенные контроллер, электродвигатель и клапан, первый вход которого соединен с выходом электродвигателя, а второй вход и первый выход включены между выходом и входом задвижек соответственно, а третий вход и второй выход включены между входами и выходами r стояков соответственно, при этом выходы датчиков температуры соединены с первым и вторым входами контроллера. Техническим результатом является выравнивание температуры воздуха помещений по этажам в многоэтажном здании путем попеременного изменения направления циркуляции горячей воды в системе отопления в зависимости от разности температуры воздуха на этажах. 2 ил.

Изобретение относится к области использования тепловой энергии для отопления зданий и, в частности, к насосным однотрубным системам отопления помещений многоэтажных зданий с водой в качестве теплоносителя.

Широко известны различные способы и устройства отопления многоэтажных зданий [например, 1, 2, 3, 4] с использованием однотрубных систем отопления с водой в качестве теплоносителя.

Из известных способов наиболее близким к заявляемому по большинству совпадающих признаков и достигаемому положительному эффекту является способ отопления помещений многоэтажных зданий, изложенный в [1] и который принят за прототип.

Известный способ отопления помещений многоэтажных зданий заключается в принудительной циркуляционной подаче в одном направлении горячей воды от источника тепла по прямому трубопроводу к r стоякам отопления, соединенным параллельно и каждый из которых включает n последовательно соединенных нагревательных приборов, установленных на n этажах здания, и возвращении горячей воды по обратному трубопроводу.

Известно устройство [1], реализующее способ отопления помещений многоэтажных зданий и состоящее (фиг. 1) из циркуляционного контура, включающего соединенные трубопроводом источник 1 тепла, задвижку 2, r, параллельно соединенных стояков отопления, каждый из которых включает n последовательно соединенных нагревательных приборов, установленных на n этажах здания, обратный трубопровод, который по выходу подключен к входу источника 1 тепла через задвижку 3, причем r стояков отопления по входу подключены к прямому трубопроводу через задвижку 2, а по выходу - к обратному трубопроводу.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства отопления помещений многоэтажных зданий, где введены следующие обозначения: 1 - источник тепла; 2, 3 - задвижки; - стояки отопления; - нагревательные приборы и этажи здания.

Известное устройство отопления помещений многоэтажных зданий работает следующим образом.

В источнике 1 тепла нагревается вода до заданной температуры - t₀ и по прямому трубопроводу подается через открытую задвижку 2 на входы r стояков отопления, каждый из которых содержит n приборов отопления, установленных на n этажах здания. При этом если место (точка) трубопровода, откуда поступает горячая вода на стояки, находится в чердачном помещении, то систему отопления называют системой с верхней разводкой горячей магистрали, если эта точка находится в подвальном помещении, то систему отопления называют системой с нижней разводкой горячей магистрали. С выходов r стояков отопления горячая вода через открытую задвижку 3 поступает по обратному трубопроводу с температурой t₁ в источник 1 тепла.

Таким образом горячая вода циркулирует в системе отопления постоянно, обогревая помещения путем теплоотдачи обогревательных приборов.

Недостатком известного способа и устройства отопления помещений многоэтажных зданий является то, что вследствии теплоотдачи последовательно соединенных приборов отопления в стояках отопления и тепловых потерь, возникающих из-за транспортировки горячей воды по трубопроводам, температура горячей воды t₀ уменьшается по мере удаления от точки разводки (верхней или нижней). Поэтому эффективность теплоотдачи нагревательных приборов по этажам различна и, соответственно, различна температура воздуха в помещениях по этажам.

Целью изобретения является выравнивание температуры воздуха помещений по этажам в многоэтажном здании.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе отопления помещений многоэтажных зданий, заключающемся в принудительной циркуляционной подаче в одном направлении горячей воды от источника горячего водоснабжения по прямому трубопроводу к r стоякам отопления, соединенным параллельно и каждый из которых включает n последовательно соединенных нагревательных приборов, установленных на n-этажах здания, и возвращении горячей воды по обратному трубопроводу, дополнительно измеряется температура воздуха помещений 1-го (t_в1) и n-го (t_вn) этажей N этажного здания, сравнивается разница температур с пороговым значением t₃ и изменяется направление циркуляционной подачи горячей воды на противоположное в случае, когда В известное устройство отопления помещений многоэтажных зданий, включающее соединенные трубопроводом источник 1 тепла, задвижку 2, r параллельно соединенных стояков отопления, каждый из которых включает n последовательно соединенных нагревательных приборов, установленных на n этажах здания, обратный трубопровод, который по выходу подключен к входу источника 1 тепла через задвижку 3, причем r стояков по входу подключены к прямому трубопроводу через задвижку 2, а по выходу - к обратному трубопроводу, дополнительно включены датчик 4, установленный в помещении на первом этаже здания, и датчик 5, установленный в помещении на N-м этаже здания, последовательно соединенные контроллер 6, электродвигатель 7 и клапан 8, первый вход которого соединен с выходом электродвигателя 7, а второй вход и первый выход включены между выходом и входом задвижек 2 и 3 соответственно, а третий вход и второй выход включены между входами и выходами r-стояков соответственно, при этом выходы датчиков температуры 4 и 5 соединены с первым и вторым входами контроллера 6.

В известных способе и устройстве отопления помещений многоэтажных зданий не имеется признаков, сходных с признаками, отличающими заявляемые способ и устройство от прототипа.

Положительный эффект заявляемых способа и устройства достигается за счет возможности измерения температуры воздуха по этажам здания и, в зависимости от разности этих температур, попеременного изменения направления циркуляции горячей воды в системе отопления, что обеспечивает выравнивание температуры горячей воды по стоякам и нагревательным приборам и соответственно, воздуха в помещениях многоэтажного здания.

На фиг. 2 приведена структурная схема заявляемого устройства, где введены следующие обозначения: 1 - источник тепла; 2, 3 - задвижки; 4, 5 - датчики; 6 - контроллер;
7 - электродвигатель;
8 - клапан.

Вновь введенные в устройство 4, 5 датчики, измеряющие температуру воздуха, контроллер 6 и электродвигатель 7 могут быть выполнены по одной из известных схем (например, см. [4] с. 3-1, 3-27, 4-16, 4-17)
Устройство отопления помещений многоэтажных зданий работает следующим образом.

В исходном состоянии с выхода источника 1 тепла нагретая до температуры t₀ горячая вода по прямому трубопроводу через открытую задвижку 2 поступает на второй вход 4-ходового клапана 8 и далее со второго его выхода поступает на N-й этаж здания на входы r стояков отопления. В каждом стояке горячая вода с температурой t_n последовательно поступает на n нагревательных приборов, расположенных на n этажах и соединенных последовательно в каждом r-м стояке. Далее горячая вода с выходов r стояков с температурой t₁ поступает на вход 3 4-ходового клапана 8, а затем с его выхода 1 через открытую задвижку 3 на вход источника 1 тепла. При этом установленные на N-м этаже здания датчик 4 и на 1-м этаже здания датчик 5 измеряют температуру воздуха в помещениях соответствующих этажей. С выходов датчиков 4 и 5 значения температур t_в1 и t_вn в цифровом виде поступают соответственно на первый и второй входы контроллера 8, который производит их вычитание и сравнение по модулю с заданным пороговым значением. Если разница температур , то контроллер 6 выдает на выход сигнал "лог. 0" на включение электродвигателя 7 и подключение входов 2, 3 4-ходового клапана 8 соответственно к второму и первому выходам, и устройство отопления работает в установившемся режиме. В случае, когда , контроллер 6 вырабатывает сигнал включения "лог. 1", который с его выхода поступает на вход электродвигателя 7. Электродвигатель 7 при поступлении сигнала на его включение, переключает входы 2, 3 и выходы 1, 2 4-ходового клапана 8 таким образом, что горячая вода с входа 2 клапана 8 поступает на вход 3 и далее на 1 этаж здания на входы r стояков с температурой t₀. C выходов r стояков горячая вода с температурой t₁ поступает на выход 2 клапана 8 и далее с выхода 1 через открытую задвижку 3 на вход источника тепла 1. При этом устройство отопления переходит в режим работы с обратной циркуляцией горячей воды до момента времени, когда . Работая таким образом устройство отопления обеспечивает выравнивание температуры горячей воды в стояках и, соответственно, воздуха в помещениях по N этажам здания
Эффективность заявляемых способа и устройства может быть оценена на следующем примере.

Пусть исходные температуры t_вn = 21^o, t_в1 = 18^o и t_з = 3^o. Вследствие теплоотдачи приборов отопления, установленных последовательно в каждом r стояке отопления, горячая вода по мере поступления с N этажа на первый этаж (равно как и при обратной циркуляции с первого этажа на N этаж) остывает так, что температура t_вn постепенно уменьшается и достигает значения t_в1. Тогда и устройство отопления переходит в режим с обратным направлением циркуляции горячей воды, до тех пор пока . Полагая, что нагрев и остывание приборов отопления происходит одинаково по времени, то средняя температура воздуха по этажам будет составлять 19,5^o.

Источники информации
1. Н.Ф. Федоров, В.М. Гусев. Санитарно-техническое оборудование зданий и сооружений, Л., Издательство литературы по строительству, 1969, с. 319 - 321 (прототип).

2. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. М., 1995, рег. N 954.

3. СП-41-101-95 "Проектирование тепловых пунктов", М., Минстрой России, 1997, с. 71.

4. Системы автоматики для домов и зданий 1997/98, прайс фирмы Хоневелл, 1997.

Формула изобретения

1. Способ отопления помещений многоэтажных зданий, заключающийся в принудительной циркуляционной подаче в одном направлении горячей воды от источника горячего водоснабжения по прямому трубопроводу к r стоякам отопления, соединенным параллельно и каждый из которых включает n последовательно соединенных нагревательных приборов, установленных на n этажах здания, и возвращении горячей воды по обратному трубопроводу, отличающийся тем, что измеряется температура воздуха помещений первого (t_B1) и n-го (t_Bn) этажей N этажного здания, сравнивается разница температур с пороговым значением t₃ и изменяется направление циркуляционной подачи горячей воды на противоположное в случае, когда .

2. Устройство отопления помещений многоэтажных зданий, включающее соединенные трубопроводом источник 1 тепла, задвижку 2, r параллельно соединенных стояков отопления, каждый из которых включает n последовательно соединенных нагревательных приборов, установленных на n этажах здания, обратный трубопровод, который по выходу подключен к входу источника 1 тепла через задвижку 3, причем r стояков по входу подключены к прямому трубопроводу через задвижку 2, а по выходу - к обратному трубопроводу, отличающееся тем, что в него включены датчик 4, установленный в помещении на первом этаже здания, и датчик 5, установленный в помещении на N-м этаже здания, последовательно соединенные контроллер 6, электродвигатель 7 и клапан 8, первый вход которого соединен с выходом электродвигателя 7, а второй вход и первый выход включены между выходом и входом задвижек 2 и 3 соответственно, а третий вход и второй выход включены между входами и выходами r стояков соответственно, при этом выходы датчиков температуры 4 и 5 соединены с первым и вторым входами контроллера 6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2